¿Qué es un capacitor o condensador eléctrico?

Un capacitor o condensador eléctrico es un dispositivo que se utiliza para almacenar energía (carga eléctrica) en un campo eléctrico interno. Es un componente electrónico pasivo y su uso es frecuente tanto en circuitos analógicos como digitales.

Todo capacitor tiene la misma estructura básica: dos placas conductoras separadas por un dieléctrico aislante ubicado entre ambas. En ellas se almacena la carga de energía cuando fluye una corriente eléctrica, y su dieléctrico debe ser de un material no conductor, como el plástico o la cerámica.

¿Cómo funciona un capacitor?

Al colocar un capacitor o condensador eléctrico en un circuito con corriente activa, los electrones del lado negativo se acumulan en la placa más cercana a ellos.

Cuando la placa ya no puede sostenerlos, pasan al dieléctrico y a la otra placa, por lo que los electrones son desplazados de vuelta al circuito a través de una descarga.

Las placas conductoras del capacitor están conectadas a las terminales del elemento pasivo, y el material dieléctrico se coloca entre ambas placas, las cuales almacenan la carga eléctrica hasta que se conecta una carga en el capacitor.

La carga que almacena un condensador es directamente proporcional al voltaje o la tensión aplicados. Su capacidad, a su vez, es proporcional al área de la placa e inversamente proporcional a la distancia entre ambas.

Otro factor importante de estos dispositivos es la capacitancia: la capacidad del componente para almacenar energía en forma de carga eléctrica. Se mide en faradios y es la relación entre la carga eléctrica almacenada y la tensión entre las placas.

¿Para qué sirve un capacitor?

La función de un capacitor es almacenar una carga de energía que pueda liberarse de forma rápida. La carga y descarga de un capacitor es útil, por ejemplo, para:

• Almacenamiento de energía rápida. Los capacitores pueden almacenar energía y liberarla rápidamente, lo que los hace útiles en aplicaciones que requieren un aumento súbito de energía, como los flashes de cámaras fotográficas y los arrancadores de motores.
• Nivelación de voltaje. En circuitos con fluctuaciones de voltaje, los capacitores nivelan la tensión al almacenar el exceso de energía cuando el voltaje aumenta y liberarla cuando disminuye.
• Generación de retrasos. Los capacitores pueden introducir retrasos en circuitos eléctricos, útiles para actividades que requieren tiempos o intervalos específicos.
• Regulación de corriente. Los capacitores pueden suavizar los picos y valles en circuitos con corriente continua, ayudando a regular la frecuencia de la corriente eléctrica.

Tipos de capacitores

Debido a sus múltiples usos y a la variedad de características eléctricas, físicas y económicas, existe una gran cantidad de tipos de capacitores hechos con placas de diversos materiales, formas y dieléctricos. Entre los más comunes se encuentran:

Capacitor electrolítico. Usa un electrolito que actúa como primera armadura o cátodo, el cual, al recibir una tensión adecuada, deposita una capa aislante sobre el ánodo. Suele usarse como oscilador, generador de frecuencias o para modular la señal en fuentes de alimentación. Libera en poco tiempo grandes cantidades de energía, por lo que se utiliza como capacitor de arranque en motores eléctricos que requieren una gran potencia inicial. No funciona bien con corriente alterna, pues la polarización inversa produce un corto circuito entre el electrolito y la cuba, elevando la temperatura al grado de poder estallar.

Existen dos variantes principales según sus componentes:

• Capacitor de aluminio. Condensador polarizado cuyo electrolito es una disolución de ácido bórico y cuya cuba es de aluminio. Su funcionamiento óptimo es en frecuencias bajas; se usa en equipos de audio y fuentes de alimentación conmutadas.
• Capacitor de tantalio. Usa tantalio como ánodo y tiene mejor capacidad por volumen que el de aluminio, ya que este elemento permite una capa dieléctrica muy delgada.

Capacitor de poliéster. Tiene gran potencia y respuesta muy rápida. Como dieléctrico usa delgadas láminas de poliéster, con armaduras de aluminio. Sus usos más comunes son en la conexión y desconexión de corriente continua y en el filtrado de señales de baja tolerancia. Tiene ventajas sobre los condensadores de papel por su capacidad de reducir tamaño, además de un alto rendimiento y escasa pérdida de potencia.

Capacitor cerámico. Usa distintos tipos de cerámica como dieléctrico, formado por una sola lámina o por láminas apiladas. Según sus características, puede funcionar a distintas frecuencias, incluso de microondas, con muy pocas pérdidas.

Capacitores en serie y en paralelo. Los conectados "en serie" forman una línea donde el positivo de cada capacitor se conecta a la placa negativa del siguiente; tienen la misma carga e igual corriente de carga. Los conectados "en paralelo" tienen sus terminales conectadas entre sí, comparten la misma tensión y un suministro de tensión común.

Los capacitores en la industria: corrección del factor de potencia

Más allá de la electrónica de consumo, los capacitores tienen una aplicación directa en instalaciones industriales de alta demanda: la corrección del factor de potencia. Cuando una planta opera con motores de inducción, transformadores y otros equipos que consumen potencia reactiva, el factor de potencia se deteriora, lo que puede derivar en cargos adicionales en la tarifa eléctrica de la CFE.

Instalar bancos de capacitores en la subestación o en los tableros de distribución compensa esa potencia reactiva, mejora la eficiencia del sistema eléctrico y reduce los cargos asociados a un bajo factor de potencia. Esta corrección es un componente frecuente dentro de un proyecto integral de calidad de potencia y gestión energética industrial.

Preguntas frecuentes sobre capacitores eléctricos

¿Cuál es la diferencia entre un capacitor y una batería? Un capacitor almacena energía en un campo eléctrico y la libera casi instantáneamente, pero en cantidades relativamente pequeñas. Una batería almacena energía mediante reacciones químicas y la libera de forma más lenta y sostenida, con una capacidad total mucho mayor. Ambos son tecnologías de almacenamiento de energía, pero con aplicaciones distintas.

¿Por qué se usan capacitores para el arranque de motores? Porque pueden liberar una gran cantidad de energía de forma casi instantánea, entregando el impulso de potencia inicial que un motor necesita para arrancar sin sobrecargar el sistema eléctrico.

¿Los capacitores tienen relación con los sistemas de almacenamiento de energía industrial (BESS)? Comparten el principio de almacenar energía, pero cumplen funciones distintas. Un capacitor entrega energía en fracciones de segundo; un sistema BESS está diseñado para gestionar la demanda energética de una planta durante horas, mediante baterías de litio y software de control.

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